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基于Quest3D的交互式虚拟建筑漫游系统的建立
2012年3月21日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:游丽

    摘要:在建筑设计和展示中,虚拟现实模型可取代实物模型,达到节约成本、方便使用的目的。以虚拟现实引擎Quest3D为平台,利用Sketchup等建立虚拟模型,导入到Quest3D中建立虚拟漫游系统。本文讨论Sketchup和Quest3D的接口问题,并对虚拟模型进行漫游设置,增加建筑设计模型的沉浸感,使建筑设计更加实用。

    Quest3D软件简介

    Quest3D软件是由荷兰的Act 3D公司在1998年研发出来的专门从事虚拟现实方面的应用软件,软件有丰富的功能模块,可以实现模块化、图像化编程,不需要我们去书写代码就能够制作功能强大和画面效果绚丽的VR项目。软件有很好的开放性,我们可以在3D Max或Maya中完成建模、材质、动画和烘焙渲染然后导入到Quest3D,可以跟大量的VR硬件很好的连接,还可以用软件提供的SDK来开发新的功能模块和整合新的硬件设备

    Quest3D是一个容易且有效的实时3D建构工具。比起其它的可视化的建构工具,如网页、动画、图形编辑工具来说,Quest3D能在实时编辑环境中与对象互动。Quest3D提供您一个建构实时3D的标准方案。

    0 引言

    随着计算机的发展,计算机辅助设计在设计领域起到了举足轻重的作用,得到了高度的发展。通过计算机产生的设计结果,可通过图形设备向设计者展示,并可模拟,允许设计者作出修改。而现阶段的二维、三维的表现方式,只能传递建筑物的部分信息,并且只能提供单一尺度的建筑物信息,使用虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物,使人产生身临其境之感,用户在虚拟建筑中进行漫游、人机交互,大大提高了项目设计的质量。

    1 虚拟漫游技术

    虚拟现实(简称VR)也称虚拟实境或灵境,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它利用计算机技术生成一个逼真的,具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。[1]

    2 虚拟漫游技术在建筑设计上的重要意义

    虚拟漫游技术不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击,获得身临其境的体验,还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料,方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标等,有利于设计与管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审。

    首先,它有利于设计者规避设计风险。虚拟现实技术所建立的虚拟环境是基于真实数据建立的数字模型组合而成,严格遵循工程项目设计的标准和要求建立逼真的三维场景,是对规划项目的真实“呈现”。用户在三维场景中任意漫游,人机交互,这样很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现,有利于设计者规避设计风险。

    其次,它有利于加快设计速度。[2]虚拟现实系统不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具,它以视觉形式反映了设计者的思想。运用虚拟现实技术,设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”空间,并可以任意改变自己在房间中的观测点,去观察设计的效果,并不断的修改和完善,直到满意为止。设计者既可以利用虚拟现实系统,很轻松随意的进行修改,改变建筑内外立面的材质、颜色、设置光源性质、灯光强度、改变绿化密度等,只要修改系统中的参数即可。

    再次,有利于快捷的传播。[3]虚拟现实技术还可以应用在网络和多媒体中,方便快捷的传播产品信息。虚拟建筑设计漫游系统使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众都可从任意角度,实时互动、真实地看到设计效果,更好地掌握建筑物的形态和理解规划师的设计意图,从而提升宣传效果,达到快捷有效的传播。

    最后,它有利于用户真正参加到项目设计中来。在项目方案设计过程中,虚拟现实系统可以让用户身临其境的体会房子入住后的感觉,从而从消费者的角度评价设计方案的优劣,提出建设性的意见和建议,让用户真正的参与到项目中来。

    3 Quest3d在建筑设计漫游中的应用

    Quest3D是由Act-3D公司开发,使用Quest3D,您可以不花任何程序的功夫,建构出属于您自己的实时3D互动世界。在Quest3D里,所有的编辑器都是可视化、图形化的,真正所见即所得,实时让您见到作品完成后的执行效果。

    3.1 Quest3d的内部架构

     Quest3D最大的特点就是其独创的“Channel(通道)”这一技术了。通过Channel,可以轻松的实现任何效果及接口。Channel的基本含义是:一头为Input Spin,另一头为Output Spin的独立的动态可装御对。

    3.2 支持Quest3d的文件格式 Quest3D支持的导入文件格式很多,.X文件格式是Quest3d的常用文件格式,同时也推荐使用该文件格式,对于大多数的模型工具,我们都有几种可用的输入方法,大多数都可以在Quest3D的“Extras”文件夹里面实现相应的转换。当你想导入较大的3D模型(如CAD或其他模型)时,不妨使用PolyTrans进行转换。使用Quest3D,你就能轻松的创建出强大而且弦丽的图形应用程序。[4]

    3.3 虚拟现实建筑模型导入

     Quest3d是一个虚拟现实引擎平台,可以进行对象和角色的交互式动作设计,但其建立三维模型的功能需要外部三维建模软件来完成,能够与Quest3d实现无缝接合的文件类型是.x文件。我们可以使用任何自己熟悉的建模软件建立模型,但我们在使用该模型前,需要将他们转化为微软DirectX 的“.x”文件格式。

向Quest3D中导入3D模型

    在其它建模软件中建立的模型,我们首先将其转化为“.x”文件,然后利用Quest3d中“File”→“Import”,再选择“.x”文件类型,找到自己已经转化的“.x” 文件并选择它,单击“打开”按钮。在弹出的对话框中提示你输入一个Channel的名称,在.x object Importer Options对话框中选择自己需要的文件选项。     

向Quest3D中导入3D模型

Quest3D在点击导入文件对话框中的"打开"按钮后会弹出X Object Importer Options(X对象导入选项)对话框,进行相应的载入类型和选项设置.完成设置后点击"OK"确认按钮:

向Quest3D中导入3D模型

    在Load Channel Group(载入通道组合)警告提示框,用以确定文件名和文件类型:

向Quest3D中导入3D模型

    5.当Channel通道窗口中出现DX8 3D Object相应的模型结构关系图后,就完成了模型的导入任务:

向Quest3D中导入3D模型

    3.4 虚拟建筑模型的光照和阴影的设置

    适当的光照对于建立一个完美的场景来说是必须的。光照和阴影能给用户带来视觉上的冲击。如果没有阴影的对比,很难在场景中建立景深效果。可以在Quest3d中使用许多光照技术:如外部光、自发光、实时阴影和光照贴图。

    在Quest3d中外部光都包含一个能够在场景中发光的源。它们实际上是一个Channel,它还可以有些子连接。Quest3d中的光照有三种类型:点光源、透射光和方向光。我们可以通过连接一个Light channel到Render上来控制场景中光照的效果。只有连接到同一个Render的物体才能受到该光源的影响(如图1)。但每个Render channel最大可以连接8个光源。

    3.5 虚拟建筑漫游的实现

    要实现建筑物的虚拟漫游,相机的选择至关重要。相机定义了从哪个视点来查看场景。必须为建筑场景选择正确的相机,因为它会直接影响到用户体验场景的方式。Cameras在Quest3d中也是Scene中的一个Channel,它有运动相机、带目标的运动相机、物体检视相机、第一人称行走相机、第三人称行走相机等[5]。但在虚拟建筑漫游中,笔者建议使用第一人称相机,即1st Person Walkthrough Camera。因为通常我们想要实现在现实世界中一样的体验。第一人称行走相机以眼睛的角度查看一个场景,并允许用户自由行走(如图2)。由于这种方式非常接近现实世界,因此这种类型的相机提供了一种沉浸式的体验。因而能增加我们在建筑漫游中的沉浸感和构想性。

    4、 结语

    总之,虚拟建筑漫游系统所体现的直观性、交互性以及多方位的信息等优势,是传统的平面图纸和实体模型所无法比拟的。笔者就本文对虚拟建筑漫游系统及其实现的相关技术性问题进行了探讨,并结合实际例子阐述了虚拟建筑漫游系统的建立,仅起抛砖引玉的作用。相信随着计算机软硬件及外围设备的进一步发展,随着虚拟现实的不断完善,虚拟现实在建筑设计上的应用将具有更大的发展潜力。

    参考文献:

    [1]邹明,王忠雅.虚拟现实技术在建筑与规划设计中的应用.大连轻工业学院学报.2006年3月.

    [2]刘志菊.浅谈虚拟现实技术及其应用技术.山西建筑.2008年3月.

    [3]张英,袁宏波,于海龙.虚拟现实技术在房地产业中的应用.2008年4月.

标签:Quest3D建筑漫游房地产
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